themaRisico's van cementreductie7201318themaRisico's vancementreductieWie de uitstoot van CO2drastisch wil verminderen, doet er goed aan beton te makenzonder het bindmiddel cement. Daarmee wordt het milieu ontzien en het is ook nogeens goed voor de portemonnee, want cement is op afstand de duurste component inbeton. Desondanks zit er in Nederland gemiddeld nog steeds ruim 300 kg cement ineen m3betonmortel. Waarom eigenlijk? Kan het ook met minder?1Invloed verlaging cementgehalte op robuustheid betonRisico's van cementreductie 72013 19806040200NL LX B BR CZ D E P wereldportlandcementklinker[%]landNu de bouwconjunctuur zich op een historisch dieptepuntbevindt en het milieu nog steeds `hot' is, is het tijdstip aange-broken eens wat langer stil te staan bij de kansen en risico's vaneen (verdere) verlaging van het cementgehalte in beton.Samenstelling betonCementmakers hebben belang bij een zo groot mogelijkecementafzet. De gedachte zou post kunnen vatten dat zijdaarom zo veel mogelijk cement in een m3beton willen zien.Nog los van de technische problemen die een (te) hoogcementgehalte in beton veroorzaakt, kan deze stelling wordenverworpen. Om de enkelvoudige reden dat een (te) hoogcementgehalte beton nodeloos duur maakt en zijn concurren-tiepositie ten opzichte van andere bouw- en constructiemateri-alen aantast: te veel cement is niet goed voor beton, te weinig alevenmin. Maar wat is te veel en wat te weinig? Daaroververschillen de meningen in Europa nogal.Het aloude een-twee-driebeton (op volumebasis) heeft devolgende samenstelling (voor 1 m3beton):cement 325 kg = 13 zakkenzand 660 kg = 0,5 m3grind 1300 kg = 0,75 m3water 160 kg = 0,160 m3Het gemiddelde cementgehalte in betonmortel in landen vande Europese Unie varieerde in 2009 van 213 kg/m3in Portugaltot 343 kg/m3in Finland. De hoeveelheid portlandcementklin-ker, het belangrijkste bestanddeel van cement, liep uiteen van145 kg/m3betonmortel in Nederland tot 292 kg/m3in Finland.Grote verschillen dus. Voor prefab beton zijn deze gemiddeldewaarden niet bekend. Aangenomen mag worden dat dezehoger liggen.Er zijn goede redenen om het cementgehalte in beton zo laagmogelijk te houden. Bijvoorbeeld bij massabeton om de warm-teontwikkeling te begrenzen of scheuren te voorkomen. Hetfinanci?le aspect is ook niet onbelangrijk. En natuurlijk moethet milieu worden ontzien.Maar om de duurzaamheid (durability) van beton te garande-ren, zijn er ook ondergrenzen zoals vastgelegd in NEN 8005, deNederlandse aanvulling op de betonnorm EN 206-1. Dezenorm stelt voor elke milieuklasse eisen aan het minimumce-mentgehalte en de maximale water-cementfactor. Het mini-mumcementgehalte bij constructies waar het risico bestaat vanwapeningscorrosie, carbonatatie, chloride-indringing, vorst-dooiwisselingen of chemische aantasting loopt uiteen van260 kg/m3(XC1) tot 340 kg/m3(XA3). Voor milieuklasse X0(geen risico) bedraagt het minimum 200 kg/m3. In andereEuropese landen liggen deze eisen (deels) anders.De eisen uit NEN 8005 zijn gebaseerd op het gebruik van port-landcement of, als voorgesteld in EN 206:2013, een portland-composietcement. In Nederland is portlandcement niet hetmeest gebruikte cement voor de betonmortelproductie. Aljaren wordt in Nederland hoogovencement(CEM III/B 42,5 N), dat naast portlandcementklinker ookhoogovenslak bevat, als standaardcement voor de productievoor betonmortel toegepast. Figuur 2 laat zien dat Nederland`koploper' in Europa is als het gaat om de toepassing van klin-kerarme cementsoorten (zoals CEM III/B; een hoogovence-ment).Het gebruik van hoogovencement is minder slecht voor hetmilieu, omdat er minder portlandcementklinker in zit. Nadeelis dat beton met klinkerarme cementen langer moet wordennabehandeld en dat voor een snellere reactie van het beton dewater-cementfactor moet worden verlaagd. Dit gaat veelalgepaard met een verhoging van het cementgehalte.Naast de eisen uit NEN 8005 zijn er nog constructieve eisenaan bijvoorbeeld de sterkteklasse, de minimumbetondekkingen de maximale scheurwijdte. De aannemer of prefab-betonfa-brikant vraagt om een bepaalde aanvangssterkte om beton snelir. Pieter LanserCement&BetonCentrumDr.-ing. Werner remarqueCEMEX WestZement GmbHing. Hessel No?HOLCIMing. Peter de Vries FiCtENCI BV1 Cement2 In Nederland wordt relatief weinig portlandcement klink toegepast2themaRisico's van cementreductie7201320te kunnen ontkisten. De vereiste verwerkbaarheid vraagt totslot om een bepaalde consistentie. Het is niet mogelijk om hetcementgehalte te verlagen zonder de gevraagde beton(mortel)eigenschappen mede te veranderen. Sterker nog, juist die eigen-schappen bepalen veelal het toegepaste cementgehalte.Legitimatie gebruik klinkerIn figuur 3 is de samenstelling, meer in het bijzonder hetklinkergehalte van een aantal veel toegepaste cementsoortenweergegeven. Van belang is te bedenken dat 80 tot 90% vande carbon-footprint van cement samenhangt met de produc-tie en het gebruik van portlandklinker. Bij CEM I (portland-cement) bestaat 95% van het gewicht uit klinker. Bij CEMIII/B (hoogovencement) is dat minimaal 20% en maximaal35%. Dat verschil wordt weerspiegeld in de carbon-foot-print.Maar minder klinker in cement betekent ook vaak een dalingvan de aanvangssterkte (fig. 4 en 5). Dit nadeel kan door dejuiste samenstelling van het betonmengsel worden gecom-penseerd. Ook moet niet worden vergeten dat portlandce-mentklinker door de reactie met water de alkaliteit van hetporiewater be?nvloedt. Een hoge pH is nodig voor debescherming van de wapening in beton.Op basis van de discussies over het milieu zijn inmiddelsbindmiddelen in ontwikkeling die niet op portlandcement-klinker zijn gebaseerd. Over deze typen bindmiddelen is nogte weinig bekend om deze als bouwmaterialen voor construc-ties toe te passen. Zie verder het Cementartikel `Kan cementzonder klinker?' in dit nummer.Kans op schade?Volgens betonschade-experts hoeven er eigenlijk geen schade-gevallen veroorzaakt door het beton te bestaan, zolang erbinnen de geldende betonnormen, -aanbevelingen en -richtlij-nen wordt gewerkt. Een norm en een beoordelingsrichtlijnbieden weliswaar geen absolute zekerheid, maar wel een zeerhoge mate van zekerheid. Als er schadegevallen zijn, zijn die inde meeste gevallen het directe gevolg van het niet correctopvolgen van de norm of richtlijn, bewust of onbewust. Tedenken valt hierbij aan de veronachtzaming van de periode vannabehandeling. Men begeeft zich dan in risicogebieden ensoms zelfs op onbekend terrein. In een zeldzaam geval blijkt denorm niet adequaat.Wat de oorzaak van een schade ook is, de betonsector alsgeheel streeft voortdurend naar verhoging van de duurzaam-heid (durability), robuustheid en daarmee samenhangend deveiligheid. Daarbij moet weerstand worden geboden aan verlei-Het normkaderDe Europese cementnorm EN 197-1 kent 27 verschil-lende cementsoorten. In Nederland mogen niet allecementsoorten volgens EN 197-1 voor het bereidenvan beton worden gebruikt. Reden is dat met dezecementsoorten geen ervaring is of dat de combina-tie als onvoldoende duurzaam wordt gekwalificeerd.Alleen cementen die zijn genoemd in NEN 8005mogen zonder meer worden toegepast.Naast cement mogen ook andere grondstoffen alspoederkoolvliegas en steenmeel, of in enkele landenook gemalen hoogovenslak, als bindmiddel/vulstofin beton worden toegepast. NEN 8005 kent alleenpoederkoolvliegas. Door een beperkte k-waarde (defactor waarmee dat deel wordt aangeduid dat alsbindmiddel in rekening mag worden gebracht, in ditgeval 0,2 ? 0,4) kan het echte vermogen van depoederkoolvliegas niet worden benut. Gebaseerdop uitgebreid onderzoek zijn in de jaren negentigzogenoemde BRL's (beoordelingsrichtlijnen) ontwik-keld, op basis waarvan`attestbeton'kan wordengemaakt. Met deze BRL's was het mogelijk aanpoederkoolvliegas een hogere bindmiddelbijdragetoe te kennen.In 2010 is de nieuwe CUR-Aanbeveling 48:2010(CA 48) gepubliceerd waarin het toepassen vanvulstoffen en nieuwe cementen in beton is gere-geld. Beton volgens CA 48 kan in vergelijking metbeton volgens NEN 8005 minder klinker bevatten,omdat ook beton op basis van poederkoolvliegasen gemalen hoogovenslak mogelijk is. Dit betonmoet in een uitgebreid onderzoek worden getestvoordat het mag worden toegepast.Het voordeel van attestbeton kan de prijs zijn, despecifieke prestatie of de kleine CO2-footprint. Hetnadeel is in elk geval dat het niet universeeltoepasbaar is. Een ander nadeel kan zijn dat deverwerking kritischer is. Wat de voorkeur heeft, zalvan geval tot geval verschillen. In Nederland gaanstemmen op om het hoogdrempelige systeemvan de generieke toelating voor cementen teverlaten en het in Europa meer gangbare systeemvan specifieke toelating voor bepaalde milieuklas-sen over te nemen. Dat laatste houdt in datcementen of betonmengsels alleen mogenworden toegepast in nader omschreven situatieszoals in bepaalde milieuklassen. Beide systemenhebben voor- en nadelen.Risico's van cementreductie 72013 21MC metselcementCEM V/A compositiecementCEM III/C hoogovencementCEM III/B hoogovencementCEM III/A hoogovencementCEM II/B-S portlandslakcementCEM II/B-V portlandvliegascementCEM I portlandcement0% 10%klinkerhoogovenslak20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%poederkoolvliegaskalksteen33 Klinkergehalte van een aantal veel toegepaste cementsoortenAantasting robuustheid betonDe tijd die verstrijkt tussen het mengen van de mortelbe-standdelen met water en het opleveren van de constructie iseen risicofactor die de kwaliteit van beton kan ondergraven.Hoe langzamer de verharding van de mortel plaatsvindt, hoegroter die kwetsbare periode is. Nabehandeling is daarbij een`must'. Langzaam verhardende cementsoorten en bindmid-delen vergen meer aandacht bij de nabehandeling dan snellesoorten. Zolang de nabehandeling duurt, kunnen er dingenmisgaan. Nabehandeling is dus een noodzakelijk kwaad eneen risicofactor. De robuustheid kan nog verder wordenaangetast doordat de eigenschappen van de (nieuwe)gebruikte materialen onbekend zijn of niet goed ondercontrole zijn.Tot slot moet het zijn vastgesteld dat de duurzaamheid vanbeton op lange termijn is gewaarborgd. De kernvraag isdaarbij of het beton op langere termijn de omstandighedenweerstaat die bij een bepaalde belastings- en milieuklassehoren. Het gaat dan niet meer om aanvangssterkte, verwerk-baarheid en vervormingseigenschappen, maar overchemische en fysische resistentie. Als het gelijkwaardig-heidsprincipe van toepassing is, is dan het gehele spectrumaan gevraagde prestaties beschouwd? Of maar ??n of tweecriteria? Is de standaard vereiste dekking wel voldoende? Isook aan het scheurwijdtecriterium voldaan? Is de verwerk-baarheid voldoende?Beton van vandaag is niet meer te vergelijken met beton vanenkele decennia geleden. Door het toepassen van modernehulpstoffen kan het cementgehalte steeds verder (maar nieteindeloos!) worden verlaagd. Maar wordt dat beton daar-door ook robuuster? De huidige bouwprocessen moetensteeds sneller met minder mensen en minder mallen, om zode kosten laag te houden.De indruk bestaat dat het oppervlak van modern betonsneller veroudert. Objectivering van deze stelling is moeilijk.Betonmengsels en ontwerpen worden steeds kritischer. Daarzit winst in, maar er kleven ook risico's aan. Het zou goedzijn de winst te behouden en de risico's te verkleinen. Dathoudt onder andere in dat goed naar de robuustheid moetworden gekeken.Wordt de robuustheid van beton momenteel in de praktijkecht bedreigd of is het alleen maar iets dat rondzingt, iets`van horen zeggen' en theorie? Er zijn schadegevallen bekendwaar keurig volgens de voorschriften is gewerkt en waar hettoch is misgegaan zoals eerder beschreven in Cement (ziebijvoorbeeld het artikel `Samenstellingseis XF4 voldoetniet'). Zulke gevallen vergen onderzoek en eventueel aanpas-sing van de regels. Kennelijk was beton niet altijd robuustgenoeg.dingen die op korte termijn voordeel op lijken te leveren, zoalsbesparingen op inkoop- en personeelskosten en ondoordachtemilieuprestatieverbeteringen. Geringe kostenbesparingenkunnen leiden tot een veelvoud aan kosten van reparatie ofzelfs instorting.RobuustheidHet woord `robuustheid' heeft in de Nederlandse taal meerderebetekenissen.De eerste betekenis van het woord robuustheid is duurzaam.Beton is een robuust bouwmateriaal. Het eindproduct kantegen een stootje. Meestal over een lange reeks van jaren.De tweede betekenis heeft betrekking op het ontwerp- envervaardigingsproces. Alle grondstoffen voor beton kennen eennatuurlijke spreiding die door industri?le kwaliteitscontroleskan worden verkleind. Maar ook de productieprocessen zijnniet voor 100% stabiel, laat staan de omstandigheden waaron-der deze plaatsvinden. Dan is er ook nog de factor mens.Mensen kunnen fouten maken of zaken verkeerd inschatten.Denk aan de manier van nabehandelen, wapeningsnetten dieworden vertrapt of het beruchte emmertje water bij de mortel.Het materiaal beton heeft een zekere tolerantie voor procesaf-wijkingen en (kleine) fouten bij de detaillering van hetontwerp, de fabricage en in de uitvoering op de bouwplaats.Die afwijkingen en fouten komen in de praktijk voor. Alleen isonbekend waar en wanneer, want anders zouden ze wel wordenvoorkomen. Met dat gegeven moet iets worden gedaan. Ookdie eigenschap valt onder robuustheid.themaRisico's van cementreductie7201322minder generiek geschikt voor betonsteeds`groener'betondaling van de beginsterkte ontwikkelingmeer temperatuurgevoeligdaling van de vorstbestandheiddaling in warmteontwikkelinggehalte aan portlandklinker [%]CO2[kg/t]9002700 20 10090025%6754500 2017 22 2150 75 100klinkergehalte [%]daling van de beginsterkte ontwikkeling (N01)CEMI52,5NCEMII/B-S52,5NCEMIII/A52,5NCO2[kg/t]454, 5 Een verlaging van het klinkergehalte heeftinvloed op de eigenschappen van betonHoe nu verder?De vraag wat de aanhangende risico's van een (verdere) verla-ging van het cementgehalte in beton zijn, staat centraal bij de in2013 ingestelde SBRCUR preadviescommissie `Duurzame enbetrouwbare betonconstructies'. De commissie moet de vraag-stelling in drie stukken uit elkaar rafelen. De eerste vraag is:heeft Nederland echt een duurzaamheidsprobleem met(modern) beton? Zo ja, in welke omvang en met welke onder-liggende oorzaken? De tweede vraag is: is die kwestie te relate-ren aan kostenbesparing en de wens of noodzaak tot milieuver-betering? De derde vraag is: hoe kan het systeem dat leidt tottechnische normen en aanbevelingen robuuster wordengemaakt?Welk preadvies dit ook oplevert, altijd zal er een antwoord(lees: aanbeveling) moeten worden geformuleerd dat recht doetaan de primaire behoefte van de bouw: duurzaam beton, betondat tegen het spreekwoordelijke stootje kan en niet al te gevoe-lig is voor variaties in samenstelling of uitvoering. Alleen datbeton is economisch. Alleen dat beton is veilig.De risico's van reductie van het klinkergehalte in beton zijn inhet voorgaande beschreven. Waar het eerst en vooral om gaat,is beheersing en reductie van de risico's.Beton mag niet falen. Nooit. De sector zet (te) veel op het spelals deze overtuiging wordt losgelaten. Als er eenmaal schade is en deze moet worden hersteld,moeten soms hoge kosten worden gemaakt. Deze kosten zijn inhet algemeen veel hoger dan de preventiekosten. Het is bekenddat onder druk van de economische omstandigheden scherperwordt ingekocht en op het scherp van de snede wordt ontwor-pen. Dat is een potentieel risico voor de robuustheid. De reser-ves staan op het spel. De economische behoeften vinden meerdan eens een bondgenoot in de noodzaak om milieuvriendelijkte ontwerpen. `Minder is beter' is dan de gedachte. Ook is hetbekend dat de kwaliteit van de uitvoering op de bouwplaats weleens te wensen overlaat. Een ander gegeven is dat er soms alter-natieve materialen worden gebruikt waarover nog onvoldoendekennis is.Aan de andere kant wordt juist gebruikgemaakt van de krachts-en duurzaamheidsreserves van beton. Beton wordt in de loopvan jaren namelijk sterker en dat kan soms goed van paskomen.Schadegevallen staan maar zelden op zichzelf. Hoewel er in deketen meestal wel ??n hoofdoorzaak is aan te wijzen, is die hoofd-oorzaak alleen meestal niet de enige oorzaak van het falen. Pijnlij-ker is het wanneer het probleem op meerdere plaatsen en min ofmeer tegelijk optreedt. Denk aan schaden aan industrieel vervaar-digde vloeren in de jaren zestig en zeventig.